第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中生物选择性必修3（人教版2019 多选）

第2课时　植物细胞工程的应用 学习目标 1.举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率 社会责任 2.列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用 生命观念 3.概述细胞产物的工厂化生产的原理 科学思维 一、植物繁殖的新途径 1．快速繁殖 2．作物脱毒 脱毒苗≠抗毒苗 脱毒苗是选择植物的顶端分生区(几乎不含有病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴；而抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴。　 二、作物新品种的培育 1．单倍体育种 单倍体育种与多倍体育种的异同 (1)相同点：单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。 (2)不同点：单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。　 2．突变体的利用 三、细胞产物的工厂化生产 马铃薯、草莓和香蕉通常是使用无性繁殖的方式进行繁殖的，种植的世代多了以后往往因感染病毒而减产，其产量会越来越低，品质会越来越差。为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。而其茎尖几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。结合所学知识判断： (1)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性(√) (2)作物脱毒后不再感染病毒(×) (3)单倍体育种只是为了获得单倍体(×) (4)植物的次生代谢物主要是酚类、萜类和含氮化合物等小分子有机物，是其基本生命活动所必需的物质(×) (5)紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性，现已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗(√) 探究点一　植物繁殖的新途径 生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%～50%。病毒引起的植物病害有500多种。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。而植物组织培养技术就能达到快速繁殖和作物脱毒的目的。 探究下列问题： (1)为什么植物微型繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？ 提示　植物组织培养过程中细胞只进行有丝分裂，因此是一种无性繁殖的技术；无性繁殖的后代其遗传物质组成与亲代一致。 (2)作物培养过程中为什么要进行作物脱毒？如何进行作物脱毒？ 提示　对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。而植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。 比较快速繁殖与作物脱毒 繁殖新途径 快速繁殖(微型繁殖) 作物脱毒 取材 取材广泛 顶端分生区附近 优点 高效、快速地实现种苗的大量繁殖；保持优良品种的遗传特性 获得高产、优质的无病毒植物 技术 植物组织培养 1．下列属于植物快速繁殖技术的是(　　) A．用兰花的芽尖组织培育兰花幼苗 B．水稻种子萌发并长成新个体 C．扦插的葡萄枝长成新个体 D．柳树芽发育成枝条 解析　将兰花的芽尖组织经植物组织培养技术培育成兰花幼苗，可以达到快速繁殖的目的，属于快速繁殖，A正确；水稻种子萌发并长成新个体、扦插的葡萄枝长成新个体均没有使用植物组织培养技术，不属于快速繁殖，B、C错误；柳树芽发育成枝条，没有发育成新植株，不属于快速繁殖，D错误。 答案　A 2．为给工厂化繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所示，下列相关叙述正确的是(　　) 茎尖大小 外植体数/个 分化苗数/苗 脱毒苗数/苗 小于0.3 mm 20 1 1 0.3～0.5 mm 20 10 7 大于0.6 mm 20 13 4 A.在不同的培养阶段，培养基中生长素和细胞分裂素的比例不同 B．脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用 C．培育脱毒苗时依据的原理有基因突变和细胞的全能性 D．0.3～0.5 mm的茎尖最有利于获得抗病毒的特性 解析　在不同的培养阶段，培养基中激素种类和比例不同，生长素和细胞分裂素的比例高时，利于根的分化，比例低时，利于芽的分化，A正确；脱分化过程中不需要光照，不能进行光合作用，B错误；培育脱毒苗时依据的原理是细胞的全能性，C错误；0.3～0.5 mm的茎尖最有利于获得无病毒的特性，不是抗病毒的特性，D错误。 答案　A 探究点二　作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 1．下图为植物细胞工程中突变体的利用过程，探究下列问题： (1)花药离体培养获得的单倍体幼苗如何诱导染色体加倍？原理是什么？ 提示　可用适宜浓度的秋水仙素处理幼苗诱导其染色体加倍，也可低温诱导染色体加倍。其原理都是抑制纺锤体的形成。 (2)为什么用物理或化学因素处理愈伤组织更易诱发突变？产生的变异一定符合需要吗？ 提示　因为愈伤组织细胞处在分裂过程中，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。由于突变是不定向的，产生的变异不一定符合需要。 2．紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。探究下列问题。 (1)图中①过程为脱分化，该过程需控制好培养基中植物激素(或生长素和细胞分裂素)的比例。 (2)②过程为将愈伤组织分散成单个细胞，同时需要筛选出高产紫杉醇的细胞。 (3)③过程为植物细胞培养，其所依据的原理是细胞增殖。 (4)生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全能性？说出你的理由。 提示　不能。获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成完整个体或分化成其他各种细胞，故并未体现细胞的全能性。 1．初生代谢与次生代谢的区别 2．植物组织培养与植物细胞培养的比较 项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 获得植物体 获得细胞产物 培养基 固体培养基 液体培养基 过程 实例 各种转基因植物、脱毒苗 人参皂苷的生产 3．如图是利用某种植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图判断，下列叙述错误的是(　　) 花粉幼苗A植株B A．过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期 B．通过过程①②得到的植株既有纯合子又有杂合子 C．过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素或植物生长调节剂 D．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限 解析　过程①是花粉离体培养，获得单倍体幼苗A，其基因型有AB、Ab、aB、ab四种，过程②经过诱导染色体数目加倍获得纯合的植株B，B错误。 答案　B 4．(2024·石家庄高二月考)如图表示利用棉花叶肉细胞原生质体培养进行遗传改良的过程。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．①过程需用纤维素酶和果胶酶的混合物处理 B．②过程能定向诱导原生质体产生有利突变 C．③过程中叶肉细胞失去了其特有的结构和功能 D．④过程需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理 解析　②表示人工诱变过程，但基因突变是不定向的，B错误。 答案　B 5．(不定项)如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述不正确的是(　　) A．该途径依据的原理是植物细胞具有全能性 B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例 C．经过程①细胞的形态和结构未发生变化 D．过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖 解析　细胞全能性以细胞发育成个体或分化成其他各种细胞为标志，而图中并没有体现细胞的全能性，A错误；过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块，B正确，C错误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D错误。 答案　ACD [课堂小结] [课堂巩固] 1．(2024·河北九校联考)甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。为保证甘薯的品质和产量，目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒种苗。通常情况下与这一过程无关的是(　　) ①有丝分裂　②减数分裂　③全能性　④分化⑤基因突变　⑥染色体变异 A．①②③ B．④⑤⑥ C．①③④ D．②⑤⑥ 解析　分生组织离体培养获得种苗的过程中细胞通过有丝分裂方式增殖，不会发生减数分裂，①正确，②错误；该过程采用了植物组织培养技术，其原理是植物细胞的全能性，③正确；再分化过程涉及细胞的分化，④正确；通常情况下，培育脱毒苗的过程没有涉及基因突变和染色体变异，⑤、⑥错误。 答案　D 2．(2024·泰安高二检测)红豆杉的细胞提取物紫杉醇是重要的抗癌药物之一。红豆杉可通过播种的方法进行繁殖，但生长速度缓慢，而植物组织培养技术可实现其大规模培养。下列有关叙述正确的是(　　) A．培养红豆杉的愈伤组织可用于紫杉醇的工业化生产 B．红豆杉不同部位的细胞经植物组织培养获得的愈伤组织基因型相同 C．培养基需要用高压蒸汽灭菌，外植体需要用50%乙醇、5%次氯酸钠消毒处理 D．培养过程中采用的MS培养基中的微量元素和有机成分均可先配制成一定倍数的母液，用时稀释，而大量元素不需要配制母液 解析　培养红豆杉的愈伤组织，可以从中提取紫杉醇，用于紫杉醇的工业化生产，A正确；红豆杉体细胞和花粉经植物组织培养获得的愈伤组织基因型不相同，B错误；外植体需要用体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠消毒处理，C错误；MS培养基中的大量元素、微量元素和有机成分均可先配制成一定倍数的母液，D错误。 答案　A 3．某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是(　　) A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗 B．采用花粉粒组织培养获得单倍体苗 C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上 D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养 解析　A项可以，即进行扦插繁殖；B项不能，花粉粒培养得到的是单倍体，单倍体生长瘦弱，可能会影响观赏品质；C项可以，即嫁接繁殖；D项可以，即快速繁殖。 答案　B 4．(不定项)紫杉醇是一种高效抗癌的药物。国内某团队研究光照条件对红豆杉愈伤组织生长和紫杉醇含量的影响，实验结果如表： 光照条件 接种干 重/(g·L－1) 收获干 重/(g·L－1) 紫杉醇含 量/%(干重) 光照 4.33 9.13 0.007 0 黑暗 4.38 12.10 0.016 4 下列叙述错误的是　(　　) A．愈伤组织生长的原理是植物细胞具有全能性 B．愈伤组织培养过程要在无菌条件下进行 C．光照能促进愈伤组织的生长并提高紫杉醇含量 D．培养基中的有机物仅能为愈伤组织提供能量 解析　愈伤组织生长的原理是细胞增殖，A错误；愈伤组织培养过程要在无菌条件下进行，B正确；光照会抑制愈伤组织的形成，并降低紫杉醇含量，C错误；培养基中的有机物能为愈伤组织提供能量和营养，D错误。 答案　ACD 5．为培育出含β­胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出以下两套培育方案。请分析回答下列问题。 (1)甲方案中，β­胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)乙方案中，在体细胞杂交前需要用________法除去细胞壁获得原生质体，诱导原生质体融合的化学试剂常用________。杂种细胞形成的标志是________，与该过程密切相关的单层膜细胞器为________。 (3)通过⑤获得“黄金大米”幼苗过程中，除了在培养基中添加营养物质外，还需要添加________。 (4)植物体细胞杂交在育种工作中具有广泛的应用价值，其突出的优点是可以________。 解析　(1)自然界中所有生物共用一套遗传密码，因此一种生物的基因能在另一种生物体内表达。(2)在植物体细胞杂交前需用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得原生质体；诱导植物原生质体融合常用的化学试剂是聚乙二醇。杂种细胞形成的标志是再生出细胞壁，而植物细胞壁的形成与高尔基体有关。(3)⑤过程中将杂种细胞培育成杂种植株需要采用植物组织培养技术，该过程除了在培养基中添加营养物质外，还需要添加植物激素(或生长素和细胞分裂素)。(4)植物体细胞杂交的优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍。 答案　(1)所有生物共用一套遗传密码　(2)酶解　聚乙二醇(或PEG)　再生出细胞壁　高尔基体　(3)植物激素(或生长素和细胞分裂素)　(4)克服远缘杂交不亲和的障碍 学科网（北京）股份有限公司 $$